宣鋼能源管理系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

呂斐

摘要 宣鋼能源管控中心實時數(shù)據(jù)采集平臺是以數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)存儲與處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用三大部分的設(shè)計需求和功能設(shè)計實施系統(tǒng)平臺實現(xiàn)對一二級能源計量儀表和自動化工控系統(tǒng)的重點數(shù)據(jù)實時自動采集，為能源管理系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

[關(guān)鍵詞]能源中心 數(shù)據(jù)采集 SCADA

1 系統(tǒng)設(shè)計

宣鋼實時數(shù)據(jù)采集平臺建設(shè)主要包括實時數(shù)據(jù)庫平臺、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場的改造接入這幾部分工作，從而實現(xiàn)對一二級能源計量儀表和自動化工控系統(tǒng)的重點數(shù)據(jù)實時自動采集，通過特定數(shù)據(jù)協(xié)議將實時數(shù)據(jù)上傳到能源網(wǎng)后轉(zhuǎn)發(fā)到SCADA數(shù)據(jù)平臺，為能源監(jiān)控系統(tǒng)、基礎(chǔ)能源管理系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

1.1 實時數(shù)據(jù)采集IO服務(wù)器及實時數(shù)據(jù)庫

在中心機(jī)房搭建實時數(shù)據(jù)采集IO服務(wù)器、容錯實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并配套部署相應(yīng)軟件。IO服務(wù)器實時采集分布在現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)與SQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)器己采集的數(shù)據(jù)，并將采集的實時數(shù)據(jù)傳送到容錯實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行存儲，同時為實時數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺提供數(shù)據(jù)支撐?；A(chǔ)能源管理系統(tǒng)則調(diào)用容錯服務(wù)器存儲的數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)處理后提供各種應(yīng)用。

1.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

宣鋼工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)采用按區(qū)域劃分的模塊化設(shè)計思路，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。宣鋼工業(yè)網(wǎng)絡(luò)整體劃分為四個大的環(huán)形，分別由兩條鏈路雙路由接入核心交換機(jī)。宣鋼東廠區(qū)匯聚層三個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)全部采用24芯單模層絞式鎧裝光纜，實現(xiàn)兩條鏈路雙路由（線路冗余、路由冗余）的方式接入網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)，保證網(wǎng)絡(luò)具有良好的自愈保護(hù)能力，使系統(tǒng)建設(shè)達(dá)到較高可靠性。

2.3 現(xiàn)場改造與數(shù)據(jù)采集

2.3.1 計量儀表改造

改造并完善公司一二級動力、水、電能計量表，更換不具備通訊接口的二次儀表，增設(shè)區(qū)域性數(shù)據(jù)采集站、無線采集服務(wù)器以及電能采集器，由Modbus、Profibus等專有通訊協(xié)議直接讀取計量二次儀表的表底數(shù)據(jù)完成能源計量數(shù)據(jù)自動采集，經(jīng)數(shù)據(jù)采集專網(wǎng)直接上傳到服務(wù)器處理。

2.3.2 自動化系統(tǒng)改造

為了滿足能源管理系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集的要求，對現(xiàn)場控制站點進(jìn)行適應(yīng)性改造和功能完善，對控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和歸集，通過了解能源管理系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)的監(jiān)視需求，按照需求點表制作網(wǎng)關(guān)工程，以統(tǒng)一的格式對在各系統(tǒng)中對所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并在通信網(wǎng)關(guān)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行配置和集中、將通訊協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成MODBUS方式后轉(zhuǎn)發(fā)到SCADA平臺，為能源管理系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

通過對現(xiàn)有控制系統(tǒng)功能進(jìn)行完善與適應(yīng)性改造、數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化改造、為重要工序配備控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)控制系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)外發(fā)接口，滿足數(shù)據(jù)采集需求。

數(shù)據(jù)采集主要通過以下幾種方式：

（1）基于OPC的應(yīng)用：OPC通訊標(biāo)準(zhǔn)由于其開放性和高效性，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域及生產(chǎn)信息管理中。上位系統(tǒng)多數(shù)具備OPC接口，對于上位軟件中不具備OPC組件的DCS系統(tǒng)，為其安裝OPC Server組件，采用OPC的方式采集。

（2）基于PLC的應(yīng)用：在不具備OPC數(shù)據(jù)采集的控制系統(tǒng)中，采用網(wǎng)關(guān)直接采PLC控制器的方法，安全隔離網(wǎng)關(guān)具有直接采集西門子、AB、施耐德等PLC的專有驅(qū)動程序，可以直接在PLC的寄存器中，對寄存器地址中的不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

2.3.3 變電站改造

通過變電站站控層適應(yīng)性改造、數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化改造，以IEC104、IEC102電力專用協(xié)議實現(xiàn)對電力綜自設(shè)備及多功能電表的通訊和自動采集，實現(xiàn)使用配套的遠(yuǎn)動機(jī)完成數(shù)據(jù)集中、通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換、通訊信息管理配置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、控制指令下達(dá)等功能，實現(xiàn)公司級專業(yè)調(diào)度對變電站的監(jiān)控。

2.4 能源過程監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA平臺）

能源過程監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA平臺）作為直接面向用戶的核心軟件之一，實現(xiàn)對能源、環(huán)保信息的集中管控、展示等功能。該系統(tǒng)將應(yīng)用于能源管控中心大廳、部分廠區(qū)、處室等多個領(lǐng)域，主要以模擬動態(tài)畫面形式對各類計量檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行集中展示和處理，具有很強的直觀性，使不同層級的用戶可以隨時掌握現(xiàn)場各個關(guān)鍵節(jié)點的生產(chǎn)動態(tài)，真正做到管理部門對生產(chǎn)現(xiàn)狀的實時監(jiān)控、決策以及聯(lián)動滿足精細(xì)化管理的需要。

該系統(tǒng)在物理部署架構(gòu)中采用了大量穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)通訊采集及管理專業(yè)軟硬件設(shè)備，通過設(shè)置ModBus、ProfiBus、IEC104、IEC102等工業(yè)通信專有協(xié)議進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時高效采集，完成現(xiàn)場工控儀表設(shè)備、實時數(shù)據(jù)庫、組態(tài)軟件之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)交互。該系統(tǒng)主要依據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)備、管網(wǎng)物理分布情況進(jìn)行工藝動態(tài)界面繪制，采集了多種類型的檢測實時數(shù)據(jù)。

3 實施效果

宣鋼實時數(shù)據(jù)采集平臺中生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運行良好穩(wěn)定，實時性和準(zhǔn)確性高，為宣鋼能源管理系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

截止目前為止，生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運行良好穩(wěn)定，實時性和準(zhǔn)確性高，為宣鋼能源管理系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。生產(chǎn)調(diào)度可對全公司生產(chǎn)及消耗的全流程以及重點生產(chǎn)工序環(huán)節(jié)當(dāng)前生產(chǎn)組織工況進(jìn)行直觀的同步實時監(jiān)視，免去了之前的總調(diào)打電話詢問崗位、崗位再向總調(diào)上報，溝通后總調(diào)再向崗位發(fā)布生產(chǎn)命令的時間，保障了指導(dǎo)生產(chǎn)的實時性。

4 結(jié)束語

實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將全公司所有生產(chǎn)過程監(jiān)控數(shù)據(jù)、工藝計量數(shù)據(jù)、能源管理等數(shù)據(jù)實時采集到實時數(shù)據(jù)采集平臺。平臺實施過程中改造并完善了公司自動化設(shè)備及一二級動力、水、電能計量表，提升了整體的硬件水平。

實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)平臺的設(shè)計實現(xiàn)為公司的能源調(diào)度、管理提供了科學(xué)依據(jù)。數(shù)據(jù)信息極大程度的共享，快速提升了員工獲取信息的效率，降低了人工抄錄、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的頻率。

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